MOSFET canal N. iG = 0

Electronique intégrée
Transistor MOS
MOSFET canal N.
D
D
D
iD
G
G
vDS
B
vGS
B
G
S
S
(a) NMOS (vSB=0)
S
(b) NMOS
(c) NMOS
Symboles du MOSFET canal N (NMOS) – D : drain, G : grille, S : source, B : substrat (body)
(a)
(b)
(c)
symbole simplifié lorsque la source est directement connectée au substrat (vSB=0)
symbole usuel complet (pour vSB≠0)
symbole normalisé
Transistor bloqué
on a toujours :
vGS ≤ 0
⇒
iD = 0
⇒
iD≈0
iG = 0
Inversion faible
VOV ≤ 0 ( vGS ≤ Vtn )
Inversion forte, régime triode
VOV ≥ 0 ( vGS ≥ Vtn ) et vDS ≤ VOV ⇒
iD = k'n.(W/L).[( vGS - Vtn ).vDS – vDS2 / 2 )]
Inversion forte, régime saturé
VOV ≥ 0 et vDS ≥ VOV
iD = 1/2.k'n.(W/L).( vGS - Vtn )2.( 1 + λ.vDS )
⇒
Avec :
Vtn
tension de seuil du NMOS
[V]
VOV = vGS -Vtn
tension d’overdrive
[V]
k'n = µ n.Cox
facteur de gain du NMOS
[A/V2]
µn
mobilité des électrons
[cm2/Vs]
Cox
capacité surfacique de grille
[F/m2]
W
largeur de grille du transistor
[µm]
L
longueur de grille du transistor
[µm]
λ = 1/VA
modulation de la longueur du canal
[V-1]
VA
tension d’Early 1
[V]
1
Attention, il s’agit là d’un abus de langage, le phénomène physique de modulation de la longueur du canal est différent de
l’effet Aerly mis en évidence par J.M. Early dans les transistors bipolaires.
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Electronique intégrée
Transistor MOS
Modélisation petits signaux (régime saturé, vgs<<2.VOV, basse fréquence) :
id
ig= 0
G
G
gm.vgs
vgs
id
ig = 0
D
D
gm.vgs
vgs
S
r0
S
(a)
(b)
D
D
gm.vgs
gm.vgs
ig= 0
ig = 0
G
r0
G
1 / gm
vgs
1 / gm
vgs
S
S
(c)
(d)
(a) modèle p.s. NMOS, (b) incluant la résistance de sortie, (c) (d) modèle en T
transconductance du transistor
[A/V]
gm = k'n.(W/L).( VGS – Vtn )
gm = 2ID / (VGS – Vtn )
(avec VGS la tension grille-source de polarisation et ID le courant de polarisation)
r0 = ( ∂vDS/∂iD )vGS=cte
résistance de sortie
[Ω]
r0 = 1 / (λ.ID ) = VA / ID
les paramètres du modèle
p.s. dépendent du point de
polarisation
gm = ( ∂iD/∂vGS )vDS=cte
Effet de substrat (body effect) :
gmb = χ. gm
id
D
ig = 0
G
[A/V]
χ de l'ordre de 0,1 à 0,3
B
vgs
gm.vgs
r0
gmb.vbs
vbs
Tension de seuil :
Vt = Vt 0 + γ
S
Prise en compte du body effect dans le modèle p.s.
B : "2ème grille"
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( 2φ
f
+ VSB − 2φ f
)
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Transistor MOS
Divers :
Cox = εox/tox
tox épaisseur de l’oxyde de grille
ε0 = 8,854.10-12 [F/m]
εox = 3,9. ε0
εSi = 11,7. ε0
q = 1,60.10-19 [C]
Géométrie NMOS :
S
G
D
Body ( B )
Source ( S )
Grille ( G )
Drain ( D )
W
p+
n+
substra
tp
n+
"canal"
L
n+
L
n+
Metal ( Poly Si )
Oxyde ( SiO2 )
Semiconductor
substrat de type p ( body / bulk )
Métal
zone du canal
MOSFET canal P
S
S
Equations : remplacer vDS par vSD, vGS par vSG,
vSG
Vtn par -Vtp (pour les PMOS Vtp < 0) et k'n par
G
vSD
G
B
iD
D
k'p. On remarquera que le courant iD est pris
entrant par le drain D pour le NMOS et sortant
D
par le drain pour le PMOS.
Symboles usuel et complet du PMOS.
Précision des équations :
Les équations données dans cette fiche de rappel sont une modélisation au 1er ordre du comportement
des MOS, c'est-à-dire qu’elles sont relativement inexactes. Leur rôle est de permettre un calcul manuel
approché, le recours à un logiciel de simulation (type Spice) permet d’obtenir des résultats plus exacts.
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